1、,1.发动机的性能指标（1）指示性能指标指以可燃混合气对活塞做功为基础建立的指标1）指示功 :可燃混合气对活塞所做功的多少。2）循环热效率 :混合气燃烧放出的热量转化为指示功的效率。,第二节 发动机基本原理,（2）有效性能指标以发动机曲轴输出的净功率建立的指标。 1）有效功率：发动机运转时由曲轴输出的功率。 2）有效转矩：指发动机运转时由曲轴输出给传动系的有效旋转力矩。 3）平均有效压力：发动机在单位气缸容积中所作的有效功。 4）有效燃油消耗率：单位有效的燃油消耗量。（3）标定性能指标发动机铭牌上标示的有效功率、有效转矩、有效燃油消耗率等性能指标。,2.充气系数,（1）充气系数在一个工作循环中
2、，实际充入汽缸的空气质量与大气状态下汽缸工作容积内能够充入的空气质量之比。汽油机：0.7-0.85；柴油机：0.75-0.90 （2）提高充气系数的措施1）结构因素2）使用因素,3.燃烧过程,（1）混合气的浓度1）空然比：混合气中所含空气质量与燃料质量之比。R空气质量燃料质量理论混合气： R =14.7稀混合气： R 14.7浓混合气: R 14.72）过量空气系数：燃烧过程中实际供给的空气质量与 理论上燃料完全燃烧时所需要的空 气质量之比。燃烧过程中实际供给的空气质量/理论上燃料 完全燃烧时所需要的空气质量理论混合气： =1稀混合气： 1浓混合气: 1,2、汽油机的燃烧过程,将燃料的化学能转
3、变为热能的过程，称为发动机的燃烧过程。它是发动机整个工作循环 的主要过程。,（1）汽油的主要性能指标,1)汽油的蒸发性 10蒸发温度 标志汽油的起动性。10%蒸发温度低，起动性好，但太低了容易引起气阻、在油箱和化油器中蒸发损失增加。该温度太高，则冷起动困难。 50%蒸发温度 标志汽油的平均蒸发性。该温度低，可以缩短暖车时间，但太低了则会导致化油器结冰；太高，则汽油机冷机的过渡特性差。 90蒸发温度 标志中含有难以蒸发的重质成分，该温度太高，在燃烧室内易形成杂质,并稀释润滑油。,2)汽油的抗爆性抗爆性是指汽油在燃烧室内燃烧时抵抗爆燃的能力，其评定指标是辛烧值。 在汽油机燃 烧过程中，随着压缩比及
4、气缸内气体温度提高，可能出现一种不正常的自燃现象，称为爆震燃 烧，简称爆燃。汽油辛烧值越高，抗爆性越强，就能承受发动机采用较高压缩比而不发生爆燃,，有利于提高汽油机的经济性。,（2）汽油机混合气燃烧过程汽油机的燃烧过程包括着火和燃烧两部分。从压缩行程上止点前火花塞点火开始到膨胀行程燃料基本上烧完为止，燃烧持续较短(约占25-40曲轴转角)，其燃烧过程接近于定容燃烧。,（3）正常燃烧过程为了提高汽油机的动力性和经济性,充入气缸的可燃混合气燃烧要完全、 及时和正常。因为: 只有完全燃烧,才能 充分利用燃油的热能; 只有及时燃烧,最高压力在上止点后1218，才能使燃气具有更高的温度和压力,对 活塞的
5、推力大,使热能更多的转变为机 械功; 只有正常燃烧,才能保持发动机稳 定、可靠的工作。,根据压力变化的特征,把燃烧过程分为三个阶段:着火延迟期、急燃期、补燃期。 1)着火延迟期 从火花塞电极间跳过火花(点1)起，到形成火焰中心(点2)为止的这段时间，称为着火延迟期。图中用I阶段表示，由于只是在火焰中心附 近的局部范围内有剧烈的氧化反应，因而图中的压力线没有明显地偏离压缩线，即没有明显的 压力升高现象。,2)急燃期从火焰中心形成起，主要部分混合气燃烧完毕，因而出现最高压力(点3)为止。这段时间称为急燃期，图中用E阶段表示。急燃期是燃烧过程的主要阶段，它对发动机性能影响很大。实践证明,以曲轴转角计
6、算的 压力升高率为170kPa/()-240 kPa/()，且最高压力 出现在上止点后12-18曲轴转角时，示功图有最大面积，循环功最多。这时对应的点火提前角，称为最佳点火提前角 。,3)补燃期 从最高压力至燃烧基本完成 混合气中汽油蒸发不良及与空气混合不均匀时，部分颗粒较大的燃油在火焰前锋掠过时，只是表层燃油被燃烧，未燃烧的部分需要在补燃期内燃烧。此外,燃烧产物有少部分在高温的作用下会分解。在膨胀过程中，因工质温度下降，热分解产物又可继续燃烧、放热。这就形成了补燃期。 补燃是在活塞下行中进行的，这时气缸容积已明显扩大，故补燃产生的热量不能有效地转 变为功，反而使排气温度增加,热效率下降。因此
7、，希望尽可能减少补燃。,（4）不正常燃烧汽油机的不正常燃烧,包括爆震燃烧和表面点火。 .爆震燃烧(简称爆燃) a、现象与危害 汽油机的爆燃现象就是燃烧室内末端混合气的自燃现象。,b.危害虽然爆燃时的最高压力很高，但它是以冲击波的形式出现，不是以均匀压力推动活塞，而 像用锤头不断敲击活塞似的，不能使燃气对活塞作功更多。汽车在低速上坡时，允许有很轻微的短时间的爆燃。因为轻微的爆燃可以使燃烧过程缩短，有利于提高有效功率，但是不允许 严重的爆燃，严重的爆燃会有下列危害: 机件过载、机件烧损、性能指标下降,C 预防措施主要有:使用抗爆性强的汽油可以避免爆燃的产生; 在汽油中加入少量抗爆添加剂, 使用中应
8、根据发动机的压缩比选用相应牌号的汽油。 可以通过改变结构因素 如减小压缩比、采用双火花塞等以及改变运行因素如负荷、转速等措施。,表面点火不靠火花塞点火而由燃烧室内炽热物点燃混合气的燃烧现象，称为表面点火。 燃烧室内炽热物如:过热的火花塞电极、热的排气门、热的燃烧表面沉积物等，由表面点火产生的新的火焰前锋也以正常的速度传播。 早火：在正常火花塞点火前的表面点火 后火：正常火花塞点火后的表面点火,表面点火的结果是使得缸内压力急剧升高，噪声加强，向活塞、缸壁的传热增加，活塞缸套间结焦，“早火”相当于将点火提前角提前，“后火”虽有可能加快燃烧速度，但是，表面点火的最 大问题是点火的无规律性，这将导致燃
9、烧过程的不稳定与工作过程的粗暴，使动力性、经济性 都受到影响。避免表面点火的有效措施是采用低馏程的燃料与不易结焦的润滑油。,（5）使用因素对燃烧过程的影响进气初始态p1,Tl 降低进气初始态p1、T1，可以避免爆燃与表面点火时产生。 点火提前角 将点火提前角增大，缸内最高压力、温度增加,终燃混合气受到挤压和热辐射的影响增强,，着火所需的时间减少，爆燃倾向增加； 混合气浓度 混合气浓度a0.8-0.9时，火焰传播速度最大，但着火延迟期也最短，且明显，爆燃倾向增加；, 转速转速增加时，火焰传播速度加快，易产生爆燃的部位在自燃准备尚未完成时，火焰前锋已到达，爆燃趋势减弱； 负荷 负荷减少时，残余废气
10、增加，火焰传播速度下降，燃烧的最高温度压力下降，爆燃趋势减弱； 燃烧沉积物 沉积物相当与一个热源，爆燃和表面点火倾向增加,柴油机工作过程的特点: 1.吸人气缸的是新鲜空气，被压缩的是新鲜空气2. 柴油通过高压喷入气缸，缸内形成可燃混合气3.柴油和空气混合时间极短； 4.缸内混合气成分不均匀，且不断变化； 5.没有外源点火，只是靠压缩自燃； 6.混合与燃烧重叠进行；7.质调节，即负荷和转速不是通过进气节流，而是通过燃料量来调节;,柴油机的燃烧过程,对柴油机燃烧的基本要求:,1.燃烧及时。这将影响作功的质量、放热量的有效利用；2.燃烧完全。这会影响到放热量、作功和排放。 因此，对于柴油机来说，及时
11、形成可燃混合气最为重要。,柴油的主要性能指标 .着火性 柴油的着火性是指柴油的自燃能力，其评定指标是十六烷值，十六烷值越高，着火性能越好。 着火性好的柴油，喷入气缸后能及时着火燃烧，柴油机工作柔和，冷起动性能也随之改善；若着火性能差，燃烧前所需的物理、化学准备时间长，着火后压力升高率过高，导致柴油机工作粗暴,蒸发性柴油的蒸发性用馏程表示。将柴油加热，分别测定蒸发出50%、90%和95%的馏出温度。 50%馏出的温度低，说明这种燃料轻馏分多，蒸发性好，有利于混合气的形成和燃烧。但若轻馏分过多，着火前蒸发油气过多，会使柴油机工作粗暴。 90%和95%馏出温度标志柴油中所 含难于蒸发的重馏分。重馏分
12、过多，在气缸中不易蒸发，与空气混合不均匀，则燃烧不完全。易产生冒烟和积炭。,.粘度 柴油的粘度用来表示柴油的雾化性。 粘度低，则容易形成混合气。若粘度过低,会加剧喷油泵及喷油器之间的精密偶件表面之间的磨损； 若粘度过高，流动阻力增加，柴油从喷油器喷出时的雾化性差，不易形成均匀的混合气。因而，柴油应具有适中的粘度。,凝点柴油的凝点用来表示柴油的低温流动性。它是指柴油冷却到开始失去流动性时的温度。 国产轻柴油的牌号是按凝点编定的，如0号柴油的凝点为0。好的柴油应具有低的凝点。若 凝点过高，不利于燃烧的正常供给，尤其在低温条件下工作。可能造成油路堵塞。选用柴油 时，一般要求其凝点比最低工作环境温度低
13、3-5以上。,根据国标（GB25287），轻柴油规格按凝点分为10、0、-10、-20、-35和-50六个牌号，分别表示凝点不高于10、0、-10、-20、-35和-50；牌号越高，凝点越低。 柴油是应用于压燃式发动机（即柴油发动机）的专用燃料。柴油的外观为水白色、浅黄色或棕褐色的液体。柴油又分为轻柴油与重柴油二种。轻柴油是用于1000r/min以上的高速柴油机中的燃料，重柴油是用于1000r/min以下的中低速柴油机中的燃料。 一般加油站所销售的柴油均为轻柴油。轻柴油产品目前执行的标准为GB 252-2000 轻柴油标准，该标准中柴油的牌号分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号
14、、-50号，柴油的牌号划分依据是柴油的凝固点。,根据GB 252-2000标准要求，选用轻柴油牌号应遵照以下原则： 1、10号轻柴油适用于有预热设备的柴油机； 2、5号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在8以上的地区使用； 3、0号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在4以上的地区使用； 4、-10号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-5以上的地区使用； 5、-20号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-14以上的地区使用； 6、-35号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-29以上的地区使用； 7、-50号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-44以上的地区使用。,（）柴油机的燃
15、烧过程,柴油机的燃烧过程，是从压缩行程上止点前喷油开始到作功行程燃烧终了为止的整个过 程。它所占时间很短(约为5070曲轴转角，高速柴油机只有0.003s-0.006s)，整个过程非常复杂。,油机的燃烧过程 柴油机的燃烧过程可分为四个阶段：着火延迟期 速燃期 缓燃期 补燃期,着火延迟期(滞燃期),从喷油开始(点1)到压力脱离压缩线开始急剧上升(点2)止，这一阶段称为着火延迟期。图中的线12 段所示。 着火延迟期的长短，主要取决于喷油时气缸内的温度。受压缩的空气温度愈高，着火延迟期愈短。在发动机冷起动、冷却水控制的温度过低、气缸漏气等情况下，着火延迟期都会加长。发动机正常工作时，在着火延迟期内喷
16、人的柴油量约占循环供油量的30%-40%。由 于并未着火，压力没有明显地偏离压缩线。,速燃期(急燃期),从压力偏离压缩线的点2开始到最高压力点为3止，这一阶段称为速燃期。图中的线23段所示。 缸内的多个火焰中心一旦着火后，着火延迟期中已喷入缸内的柴油几乎一齐燃烧，在很短的时间内，产生很高的压力，使缸内的压力升高率很大，而这个时间又很短，接近于等容燃烧。这阶段的放热量为循环放热量的1/3左右产生的最高压力达5.4Mpa8.8MPa ，最高压力约在压缩行程后615的曲轴转角处出现。,缓燃期,从最高压力点3开始到气缸内工质温度达到最高点4为止，这一阶段称为缓燃期。图中的线34段所示。 这一阶段内有较
17、多的柴油燃烧，同时气缸的容积在不断地增加，结果是气缸内温度继续增高，工质的压力几乎不变、稍有上升或稍有下降，接近于等压燃烧。这阶段结束时的放热量约占循环放热量的70-80%，最高温度为1970K-2270K，最高温度点出现在上止后2035的曲轴转角处。,补燃期(后燃期),从出现最高温度点4开始到柴油基本烧完为止，这一阶段称为补燃期。 当放热量已达循环放热量的9597%时，即认为补燃期结束。 柴油机中柴油与空气形成混合气的时间很短，不容易充分蒸发和混合均匀。总有一些燃油不能及时燃烧，拖延到膨胀过程中继续进行，形成补燃。补燃的热量是活塞已远离上止点才 放出，作功的效果差，且使排气温度增高，耗油率加
18、大。所以，使用中应着重从保证喷雾质量，保持压缩终了的温度和压力方面采取措施，来减少补燃。,影响柴油机燃烧过程的主要因素,.燃油性质 燃油的蒸发、着火性能过好，反而会容易导致工作粗暴。因而，一般高速柴油机用燃油的 十六烷值在4060之间，而对于挥发性而言,希望馏程范围较窄，要求大部分燃油在250-350范围内挥发，尽量减少其中过轻和过重的馏分的比例。,. 喷油定时发动机喷油提前角减小，燃油喷入气缸时,缸内的压力和温度相对提高，着火延迟期缩短,燃烧平稳。但减小太多，同时会使 燃烧过程拖后，导致热效率下降。,. 喷油规律 喷油器不同的喷油规律对燃烧过程的影响很大。若喷油率“先急后缓”，则初期放热率高
19、，压力升高率增大，工作粗暴，但热效率升高。而喷油率“先缓后急”，则初期放热量少，压力升高率、缸内最高燃烧压力都下降，热效率也下降。因此,在选用时，应根据具体要求综合考虑。 . 雾化质量 提高雾化质量，可以加速可燃混合气的形成，加快燃烧速度，缩短着火延迟期。,. 燃烧室内的工质运动和换气质量适当组织工质的运动，可以提高燃油的蒸发速度, 促进可燃混合气的形成，空气运动可以促使油束分散，增大混合的范围，加快燃烧速率，改善经 济性。但是，组织进气涡流要消耗能量，还会使充气效率降低。挤气涡流在工作过程中衰减较快，它的影响效果相对小些。另一方面，涡流过强，散热损失也会增加，当燃烧室工作温度较低时，会导致着
20、火延迟期的增长。 改善换气过程，提高充气效率，对于促进可燃混合气的形成、改善燃烧和排放都是有利的。,. 燃烧室的热力状态发动机燃烧室的热力状态主要取决于进气状况、压缩比、燃烧室及冷却状态等因素。增加缸内的压力和温度，有利于可燃混合气的形成和燃烧,. 转速 发动机转速升高时，虽然由于工作温度的升高而改善了燃烧，但因高压油管内燃油压力波 的传播速度不变，所以，喷油角及喷油持续期将随之增大，最终导致放热率滞后，热效率降 低，排气温度升高，烟度增大。因此，随着转速的升高，应将供油提前角增大。,.负荷发动机负荷增加，缸内工作温度升高，着火延迟期缩短，燃烧得到改善。当负荷过高时,空燃比减小，容易导致燃烧不
21、完全并冒烟，由于在缓燃期中喷入的燃油随负荷的增加而增加,因 而易使补燃期增长。,四、发动机特性,当发动机运转的时候，其功率、扭矩和耗油量这三个基本性能指标都会随着转速的变化而变化。这些变化遵循一定的规律，将这些有规律的变化描绘成曲线，就有了反映发动机特性的曲线图。根据发动机的各种特性曲线，可以全面地判断发动机的动力性和经济性。反映发动机运行状况常用速度特性曲线,功率的大小决定车子能跑多快。（相同质量下，功率大的车，最高速度高）。扭拒决定了车的提速性，相当于爆发力。发动机达到最大扭拒的时候，就是车子提速性最好的时刻。功率和扭拒都是个变量。,解决：为什么要根据负荷变化换档，为什么中等转速最经济，为
22、什么柴油机能承受较大的负荷，柴油机与汽油机在性能上有什么不同等问题。,发动机的速度特性曲线表示有效功率P（千瓦）、扭矩M（牛顿米）、有效燃油消耗率g（克/千瓦小时）随发动机转速n而连续变化的表现。发动机的速度特性是在制动试验台架上测出的。保持发动机在一定节气门开度情况下，稳定转速，测取在这一工况下的功率、比耗油等，然后调整被测机载荷（扭距变化），使发动机转速改变，再测得另一转速下的功率、比耗油。按照一定转速间隔依次进行上述步骤。就能测出在不同转速下的数值，将这些数值点连点地组成连续曲线，就产生了功率曲线、扭矩曲线和比燃料消耗量曲线，它们与相应的转速区域对应。,当汽油机节气门完全开启（或者柴油机
23、喷油泵在最大供油量时）的速度特性，称为发动机的外特性，它表示发动机所能得到的最大动力性能。从外特性曲线上可以看到发动机所能输出的最大功率、最大扭矩以及它们相应的转速和燃料消耗量。发动机外特性曲线是在发动机最好的工作状态下能使发动机发出最大功率的情况下测出来的。它表现的曲线特征是功率曲线和扭矩曲线都呈现凸形曲线，但两者表现是不一样的。在汽油发动机外特性曲线中功率曲线在较低转速下数值很小，但随转速增加而迅速增长，但转速增加到一定区间后，功率增长速度变缓，直至最大值后就会下降，尽管此时转速仍会继续增长。,扭矩曲线则与功率曲线相反，它往往在较低转速下就能获得最大值，然后随转速上升而下降。比耗油量指千瓦
24、小时的耗油量，它随转速的增长而呈现一个凹形曲线，在中间某一转速下达到最小值，转速增大或者减少，都会使比耗油量增大。,功率近似=扭矩*转速，发动机刚开始运转，由于转速比较低，燃烧质量不高，并且发动机行程时间较长，燃烧气体与汽缸接触时间长，燃烧的大部分热量被冷却水带走，这样就影响了发动机扭矩的输出，但是随着发动机转速的上升，由于转速低的影响逐渐减小，燃烧逐渐优化，所以发动机的功率随着转速的上升而上升。扭矩也上升。达到一定转速扭矩达到最大值，但是，转速的继续升高，进气阻力，汽缸壁与活塞等摩擦副，运动副将会产生热，使扭矩逐渐下降，但是由于转速的上升的影响大于扭矩的降低，所以总体来看功率是继续上升的，当
25、达到最大功率的转速时候，由于转速很高，发动机的各种阻力能量的流失将使扭矩下降的效果大于转速上升的效果，所以在综合看，最大功率后功率会下降,柴油机外特性曲线表现与汽油机有所不同。它的功率P、扭矩M和比耗油量g随转速n而变化，但功率N曲线是随转速上升而上升，差不多到了最大转速（标定转速）仍未出现曲线的最高点。扭矩M曲线变化平缓，在不同转速位置变化量不大。比耗油量g曲线不但起点数值低，而且比较平坦（与汽油机比较）。,当发动机转速一定时，经济性指标的有效燃油消耗量随发动机负荷的变化关系，称为负荷特性。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。,汽油机是依靠节气门调节负荷的，因此
26、汽油机负荷特性又称节流特性；柴油机是靠改变喷油量来调节负荷的，通过喷油量变化改变混合气成份，因此柴油机负荷特性又称燃油调整特性,由于发动机转速是经常变化的，需要测定发动机不同转速下的负荷特性，才能全面评价不同转速和不同负荷下发动机的燃油经济性。发动机负荷特性的读取在试验台架上进行。以汽油机为例，启动发动机后逐渐开启节气门，直至最大，同时调节载荷使发动机保持某一转速稳定运行，测定此工况下发动机输出功率及燃油消耗量。然后再关小节气门，调整载荷使发动机保持转速不变再测定。如此依次进行下去，直到发动机能保持稳定工作的最小节气门开度，得到不同负荷和转速下的燃油消耗量。不同转速下的发动机负荷特性曲线变化的
27、趋势是差不多，只是具体数值的不同。,普通汽油机负荷特性曲线的特征，开始启动时ge最大（此时需要浓混合气），但随节气门逐渐开启负荷增大而ge减少直至最低点，此时节气门接近全开。继续开大节气门，ge又会开始上升，曲线呈现一条内凹抛物线。曲线的最小ge值越低越好，同时ge随负荷的变化越平缓，发动机在不同负荷下工作的经济牲越好。从曲线的形状，可以分析出哪一个负荷区域是最经济的。,柴油机负荷特性曲线的走向特征与汽油机基本一样。但两者对比，柴油机的负荷特性曲线比较平坦，这也就是为什么柴油机比汽油机省油的重要原因。,从发动机特性分析富康最佳换挡、行车转数 。 1、功率曲线比较陡，说明富康车的功率随发动机转数
28、变化比较大，在低转数的情况下，该车的最高车速不会很高，但是随着转数的不断升高，其功率提升大幅增加速度逐渐加快，功率在5500转时达到最高，此时如果挂入5档，理论上会取得最高车速。6000转之后断油。 2、扭拒曲线说明富康车的最大扭拒出现在3000转，保持到3500转，这个区间是其加速性最好的时刻，从追求提速性的角度，应该在此区间换挡。,3、油耗曲线说明富康发动机的油耗在25003500转之间是最低的区间，变化不大，其中3000转时最低的。,4、综上，根据富康车发动机的特点，驾驶富康车在各档位上应该提高发动机转数至2500转以上，经济转数是25003500，所以手册上要求最低行车转数是2500转，最佳换挡时机是3000转以上。建议在开富康时，3500换挡，28003000行车，很痛快，油耗和2500行车时一样。,
